中心議題：

• 藍光LED光源驅動電路設計

解決方案：

• 控製大功率藍光LED發光，驅動信號控製電流開關
• 通過調節光束的發散角來照射水下目標場景

被譽為“綠色照明”的半導體（LED）照明技術發展迅猛，LED具有功耗低、使用壽命長
、尺寸小、綠色環保等優點。通過對高強度藍光LED的不斷研發產生了好幾代亮度越來越高的器件，在1990年左右推出的基於碳化矽裸片材料的LED的效率大約是0.04lm／W
，發出的光強度很少有超過15 mcd的。20世紀90年代中期出現了第一個基於GaN的實用LED。現在還有許多公司在用不同的基底（如藍寶石和碳化矽）生產GaN LED，這些LED能夠發出綠色、藍色或紫羅蘭等顏色的光。高亮度藍色LED的發明使真彩廣告顯示屏的實現成為可能，這樣的顯示屏能夠顯示真彩、全運動的視頻圖像。隨著技術的不斷進步，目前能生產功率高達100 W，光通量可達2 000 lm大功率高亮度的藍光LED。因此它作為一種有著廣泛應用前景的技術，有必要對其做深入的研究。水下成像係統是建立在海水對藍綠光（480～540 nm）低(di)損(sun)耗(hao)窗(chuang)口(kou)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)所(suo)建(jian)立(li)的(de)一(yi)種(zhong)的(de)水(shui)下(xia)成(cheng)像(xiang)係(xi)統(tong)。它(ta)不(bu)但(dan)能(neng)用(yong)於(yu)普(pu)通(tong)水(shui)中(zhong)，而(er)且(qie)能(neng)用(yong)於(yu)渾(hun)濁(zhuo)水(shui)中(zhong)，甚(shen)至(zhi)在(zai)漆(qi)黑(hei)的(de)海(hai)底(di)也(ye)能(neng)進(jin)行(xing)觀(guan)察(cha)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)是(shi)基(ji)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)藍(lan)光(guang)LED水下成像係統的研究。大功率藍光LED（≥50 W）光源驅動電路是基於大功率蘭光LED的水下成像係統的研究與分析的重要組成部分。

1 基本原理和電路設計

對水下成像係統而言
，光源的選擇至關重要，光源的穩定性、均勻性、響應速度及其光波波長範圍是係統成像的關鍵。采用藍光LED所發出光光經過水介質——目標反射——水介質——接收光學係統，最終在成像傳感器（CCD,ICCD）上成像。這就決定了LED必須工作在快脈衝驅動方式下，目前市場上的驅動電路一般均丁作在慢脈衝驅動模式（μs量級），遠不能滿足我們的要求。因此
，我們必須自己解決快脈衝驅動電路這一難題，尤其是實現以ns量級的大功率快脈衝來驅動大功率的LED。基於這種實驗實際需求，我們研究開發了此種快脈衝驅動電路。該電路的基本功能是產生低頻、快速、大功率驅動電流脈衝信號
，輸出脈衝的頻率與周期精確度高，穩定性好，脈衝信號寬度在20～100 ns內分5檔可調，輸出在50 Hz的基準頻率下工作。脈衝信號通過驅動電路，輸出一個快脈衝信號驅動輸出電流開關，產生一個大電流脈衝信號驅動一個大功率LED。為了達到設計要求和目的，我們采用晶振電路產生高精度頻率／zhouqijizhunmaichongzuoweineizhixinhaoyuan，tongguoduijizhunmaichongjinxingduocifenpin，chanshengsuoxupinlvdeshuchumaichongxinhao，zheyangkeyihuodepinlvwendingdemaichongxinhao，tongshishixianlepinlvxuanze。jingguofenpinhoudemaichongxinhaozaijingguomaichongkuanduchengxingdianlushixianmaikuantiaojie，ranhoujingguodianliukaiguandianlu，chanshengdadianliumaichong，shiLED發光。該驅動電路主要由以下幾個部分組成：信號源、分頻電路、頻率選擇、脈衝寬度電路、TTL輸出
、驅動電路和電流開關電路。其框圖如圖1所示。 2 主要單元電路與原理

如前所述
，該電路主要由信號源電路、分頻電路、頻率選擇、脈衝寬度成形電路、驅動電路、大功率電流開關等單元電路組成。內置的信號源產生的信號經過分頻

、脈寬成形之後，送入驅動電路產生驅動信號
，驅動大功率電流開關控製大功率藍光LED光源電路工作。同步的TTL輸出信號可作為檢測信號或其他電路的觸發與驅動信號。

2.1 信號源電路

用yong石shi英ying晶jing體ti與yu非fei對dui稱cheng式shi多duo諧xie振zhen蕩dang器qi的de耦ou合he電dian容rong串chuan連lian起qi來lai
，就jiu可ke以yi組zu成cheng石shi英ying晶jing體ti多duo諧xie振zhen蕩dang器qi，該gai電dian路lu的de振zhen蕩dang頻pin率lv取qu決jue於yu石shi英ying晶jing體ti的de固gu有you頻pin率lvf0
，與外接電阻參數無關，耦合電容起到微調與補償振蕩頻率的作用。我們采用固有頻率f0為10 MHz的石英晶體構成內置信號源，其輸出脈衝的頻率／周期精確度高，穩定性好。

2.2 分頻電路和脈衝成形電路

由晶振電路我們得到10MHz的脈衝信號
，進行5次10分頻和一次2分頻就得到了我們所需要的50Hz基準脈衝。所有的分頻都是由10進製計數器74HC390來完成。成形電路采用DS1040-100可編程脈衝信號成形器件，該集成電路有一個輸入端，和兩個極性相反的輸出端
，頻率選擇電路將頻率為50 Hz輸出信號送入DS1040的輸入端，輸出脈衝信號的寬度是由DS1040-100上的3個控製端（P0、P1、P2）來控製的。通過設置撥碼開關選擇，選擇20、40、60
、80、100ns等5種不同寬度的脈衝信號
，成形信號穩定性好

，滿足水下成像係統的需要。
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2.3 驅動電路

基於IRIS4011的電路由輸入保護電路

，EMI抑製電路，輸入整流濾波電路，直流變換電路
，輸出濾波電路
，輔助供電電路，二次恒壓／恒流反饋電路組成。輸入電壓：85～264 VAC；輸入頻率47～63 Hz
；輸出電壓5～24 VDC；輸出電流2.5 A
；恒流精度±2.5％
；最大輸出功率：60 W。利用變壓器的電感與瓷片電容實現準諧振工作模式
，電路簡單，可靠性高。準諧振控製模式，能提高電路的轉換效率
，降低EMI幹擾。用放大器來實現恒壓、恒heng流liu控kong製zhi，可ke以yi得de到dao很hen高gao的de控kong製zhi精jing度du。在zai輸shu出chu電dian流liu比bi較jiao大da的de電dian路lu中zhong，必bi須xu用yong放fang大da器qi控kong製zhi形xing式shi才cai能neng提ti高gao控kong製zhi精jing度du與yu提ti高gao電dian路lu轉zhuan換huan效xiao率lv。限xian於yu篇pian幅fu，把ba電dian路lu圖tu分fen成cheng2部分，具體的電路如圖2所示。 2.4 輸出電流開關電路

通過成形電路的信號，控製大功率藍光LED發光
，驅動信號控製電流開關。電流開關選用一種大功率高頻三極管，為了滿足LED驅動電流的需求，將4隻三極管並聯，使流過LED的脈衝電流最大達到2.5 A
，保證了LED在額定功率下工作
，達到穩定光源的目的。在輸入驅動信號的作用下，三極管進入導通狀態
，LED兩端產生一定的壓降，大電流流過LED，使大功率藍光LED發光，作為距離選通水下成像係統的光源，電路如圖3所示。 3 結論

水下成像係統是基於大功率藍光LED光源主動照明和CCD技ji術shu相xiang結jie合he
，通tong過guo調tiao節jie光guang束shu的de發fa散san角jiao來lai照zhao射she水shui下xia目mu標biao場chang景jing，將jiang目mu標biao全quan部bu或huo目mu標biao的de關guan鍵jian特te征zheng部bu位wei照zhao亮liang，實shi現xian對dui水shui下xia目mu標biao的de成cheng像xiang。而er大da功gong率lv藍lan光guangLED光源的驅動電路是成像係統關鍵技術之一。本文設計的大功率藍光LED光源驅動電路已通過測試

，已經應用於成像係統的實驗。通過對內置脈衝發生器輸出信號、LED驅動電路信號的測試
，表明光源驅動電路各項性能

達到實驗要求：經實驗現場進行驗證，電源驅動電路工作穩定，滿足水下成像係統對光源的要求。大功率藍光LED光(guang)源(yuan)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)在(zai)設(she)計(ji)上(shang)采(cai)用(yong)晶(jing)振(zhen)電(dian)路(lu)構(gou)成(cheng)內(nei)置(zhi)信(xin)號(hao)源(yuan)，保(bao)證(zheng)了(le)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)精(jing)確(que)度(du)和(he)穩(wen)定(ding)度(du)。頻(pin)率(lv)選(xuan)擇(ze)通(tong)過(guo)麵(mian)板(ban)的(de)手(shou)動(dong)開(kai)關(guan)進(jin)行(xing)設(she)置(zhi)，並(bing)聯(lian)使(shi)用(yong)大(da)功(gong)率(lv)的(de)高(gao)速(su)三(san)極(ji)管(guan)，解(jie)決(jue)了(le)大(da)功(gong)率(lv)藍(lan)光(guang)LED光源高速驅動的問題。